Родился в деревне Разгуляйка, ныне Нижегородской область. На военной службе с 1915 года, окончил школу прапорщиков. Участник 1-й мировой войны. В РККА с 1918 года. В Гражданскую войну командовал батальоном, полком.
.
С началом Великой Отечественной войны — в той же должности.
После начала Великой Отечественной войны в августе 1941 года назначен командующим Закавказским фронтом. Провел Иранскую операцию. С конца декабря командующий 1941 Кавказским фронтом, с января 1942 Крымским фронтом.
Руководил Керченской десантной операцией. Несмотря на первоначальный успех, операция закончилась катастрофой: в течение 12 дней Крымский фронт, обладавший значительным превосходством в силах, потерял более 176 000 человек, 37 танков, около 3 500 орудий и минометов, 400 самолетов. Керченский плацдарм был ликвидирован (См. Операция Trappenjagd). 4 июня 1942 года Д.Т. Козлов был разжалован в генерал-майоры и снят с поста командующего фронтом.
(9-я Рез. А 10.06.42-31.08.42 - переименована в 24 А (5ф)).
Как известно, гитлеровцы 14 марта 1943 года вторично захватили Харьков.
Участвовал в боях против Японии.
В 1946—1954 заместитель командующего войсками Забайкальского, помощник командующего Забайкальско-Амурского и Белорусского военных округов.
С 1954 года в запасе. Умер 6.12. 1967. Минск.
Алексей Исаев:
Вообще говоря, Д. Т. Козлов был одним из самых неудачливых советских военачальников. Подчеркну — именно неудачливым, а не бездарным и тупым. Конечно, он не был «Гинденбургом», но нельзя не признать, что Дмитрию Тимофеевичу катастрофически не везло. Он каждый раз не по своей воле оказывался там, где немецкие войска были сильны на земле и в воздухе. Вместо простора для маневра или хотя бы защищающей от всевидящего ока воздушной разведки маски лесов Козлову доставалась открытая, безжизненная степь на узком и плотном позиционном фронте. Его словно преследовало мощнейшее немецкое авиасоединение — VIII авиакорпус. Как в Крыму в мае 1942 г., так и под Сталинградом в сентябре 1942 г. самолеты VIII авиакорпуса оказывались над подчиненными Д. Т. Козлову войсками, неумолимо неся смерть и разрушение. После Сталинграда Козлова угораздило попасть под контрудар Манштейна под Харьковом в феврале — марте 1943 г. Так, он формально оказался ответственным за сдачу Харькова, удержать который было уже никак невозможно. Этот последний эпизод переполнил чашу терпения руководства, и Д. Т. Козлова сослали из действующей армии в Забайкалье. Если бы он пересидел страшный 1942 г. где-нибудь вдали от пристального внимания VIII авиакорпуса — на Северо-Западном или Брянском фронте — то были бы все шансы остаться в памяти потомков вполне успешным военачальником и даже закончить войну в Берлине.
генерал-лейтенант Ласкин Иван Андреевич:
В тридцатые годы мне пришлось служить в 44-й дивизии, которой командовал Д. Т. Козлов, поэтому мы довольно хорошо знали друг друга. Примерно через год, в конце марта 1943 года, когда он, находясь уже в должности заместителя командующего Воронежским фронтом, прибыл на Курскую дугу, где я был начальником штаба 7-й гвардейской армии, мы встретились с ним, и Дмитрий Тимофеевич сам завел разговор о его неудаче на Керченском полуострове. Дмитрий Тимофеевич говорил тогда, что и сам чувствовал свою вину, а главное, свою неподготовленность, поскольку с масштабом фронтовой операции он никогда не имел дела. Да к тому же и театр попался необычный: позади Керченский пролив, а с двух сторон — море...